双层辉光离子渗Ni-Cr-Mo-Cu合金的工艺

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.06.011 第24卷第6期 北京科技大学学报 Vol.24 No.6 2002年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2002 双层辉光离子渗Ni-Cr-Mo-Cu合金的工艺 徐江)谢锡善)徐重) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)太原理工大学表面工程研究所，太原030024 摘要在20钢基材上，利用双层辉光离子渗金属技术进行Ni-Cr-M0-Cu多元共渗正交实 验工艺研究.结果表明，工艺参数对渗层的元素总含量以及渗层的厚度有较大的影响，并确定 了最佳工艺参数为源极电压1050V,工件电压250V,气压35Pa,极间距15mm. 关键词双层辉光；多元共渗；工艺 分类号 TG156 双层辉光离子渗金属技术是我国在国内外 1.2实验方案 都获得专利的一项等离子表面冶金新技术， 为了选定正交实验各个工艺参数的取值范 它可以在普通材料表面形成具有特殊物理、化 围，先结合以往实验研究的经验，然后又进行了 学性质的表面合金层，目前已成功地应用于 20余炉的摸索性实验，确定了正交工艺参数. 手用锯条、机用锯条和其他产品.近年来，人们 正交实验按照L(4)正交表进行，指标项目为渗 一直致力于将这项技术应用于高附加值的产 层表面合金元素含量以及渗层厚度，因素水平 品，并为此开展了一些研究工作-由于双层 表如表1所示. 辉光离子多元共渗是一个非常复杂的问题，各 种合金元素在源极表面溅射的特性、工件表面 表1因素水平表 Table 1 Factor and levels 的沉积扩散及等离子体空间传输存在较大的差 异，因此如何选取合理的宏观工艺参数，将会对 水平 因素 4 渗层成分和质量有重要影响. 源极电压V 10501000 950 900 本文以Hastelloy C-2000合金为源极，系统 工件电压V 275 250 350 300 研究源极电压、工件电压、气压、极间距四个工 气压/Pa 35 30 45 40 艺参数对渗层合金元素总量以及渗层厚度的影 极间距/mm 15 20 33 22.5 响规律，以期为工业应用提供理论指导 2 实验结果 1实验方法和方案 2.1渗层组织分析 1.1实验方法 图1为20钢基材上形成的渗层的扫描电镜 渗金属实验在自制双层辉光离子渗金属炉 (SEM0微观组织照片，图2为渗层X射线衍射结 中进行，源极材料为Hastelloy C-2000合金，试 果.结果表明：在20钢基材上可以形成镍基表 样材料为20钢，源极尺寸为130mm×50mm×4 面合金渗层.双层辉光离子渗镍基合金渗层均 mm,试样尺寸为80mm×25mm×3mm. 匀、连续、致密，没有空洞存在.渗层的相组成 采用脉冲放电模式：源极采用直流电源，工 为Y(基体)+少量析出相，析出相为μ相+MC. 件采用脉冲电源.源极材料Hastelloy C-2000的 2.2工艺参数对渗层表面合金元素和渗层厚度 成分（质量分数，%）为：Ni,59;Mo,16;Cr,23;Cu, 的影响 1.6;C,<0.01 (1)源极电压对渗层表面合金元素和渗层厚 收稿日期200109-20徐江男，28岁，博士研究生 度的影响.从图3和图4可以看出，随着源极电 *国家”863“高科技资助项目No.7150080050) 压的升高，渗层表面合金元素总量和渗层厚度

第 2 4 卷 第 6 期 2 0 02 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e r s iyt o f s c ic n e e a n d eT e h n o l o gy B呵in g V b l . 2 4 N o . 6 D e e . 2 0 0 2 双层辉光离子渗 N i- C r -l 竹。一C u 合金 的工艺 徐 江 ” 谢锡善 ” 徐 重 2 , l) 北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 0 83 2) 太原理工大学表面工程研究所 , 太原 03 0 0 2 4 摘 要 在 20 钢基 材上 , 利 用双层 辉光离 子渗金属技 术进 行 N i月 C -r M o 一 C u 多元共渗 正交实 验 工艺研究 . 结果 表 明 , 工艺 参数对渗层 的元素总含量 以及 渗层 的厚度有 较大 的影响 , 并 确定 了最佳工 艺参数为源极 电压 1 0 5 0 V ,工 件 电压 2 50 V , 气压 35 aP , 极 间距 巧 m .m 关 键词 双层 辉光 ; 多元共渗 ; 工艺 分类号 T G 15 6 双层辉光离子渗金属技术是 我国在 国 内外 都获得专利 的一项等离子表 面 冶金新 技术 「, lz], 它可 以在普通材料表 面 形成具 有特殊物理 、 化 学性质的表面合 金层 间 , 目前 已成功地应用于 手用锯条 、 机用锯条和 其他产品 . 近 年来 , 人们 一 直 致力 于 将这 项技术 应用 于高 附加值 的产 品 , 并 为此开展 了一些研究工作 `7一 10] . 由于 双层 辉光离子多元共渗是一个非常复杂的问题 , 各 种合金元素在源 极表面 溅射 的特性 、 工件表面 的沉积扩散及等离子体空 间传输存在较大的差 异 , 因此如何选取合理的宏观工艺参数 , 将会对 渗层成分和 质量有重要影响 . 本文 以 H as ot n oy C一0 0 合 金为源极 , 系统 研究 源极 电压 、 工件 电压 、 气 压 、 极 间距 四个工 艺参数对渗层合金元素总量以及渗层厚度的影 响规律 , 以期为工业应用提供理论指导 . 1 .2 实验方案 为 了选定 正交实验各个工艺参数 的取值范 围 , 先结合 以往实验研究 的经验 , 然后又进行 了 20 余 炉的摸 索性实验 , 确定 了正交工艺参数 . 正交实验按照 L 试4s) 正交表进行 , 指标项 目为渗 层表面合金元 素含量 以及渗层厚度 , 因素水平 表如表 1 所示 . 表 1 因素水 平表 l b b l e 1 F a ct o r a n d Ive e ls 因素 水平 源极电压那 工件电压阿 气压用a 极间距 m/ m 1 实验方法和 方案 L l 实验方法 渗金属 实验在 自制双层辉光离子渗金属炉 中进行 , 源 极材料为 H as et n oy C - 2 0 0 合金 , 试 样材料为 20 钢 , 源极尺寸为 130 ~ 巧O ~ “ 4 ~ , 试样尺寸为 80 ~ x 25 ~ 又 3 ~ . 采用脉冲放 电模式 : 源极采用直流 电源 , 工 件采用 脉 冲电源 . 源极 材料 H as et l oy C一 0 0 的 成分 (质量分数 , % )为 : N i , 5 9 : M o , 1 6 ; e r, 2 3 ; e u , 1 . 6 ; C , < 0 . 0 1 . 收稿 日期 2 0 01 刁9一 O 徐 江 男 , 28 岁 , 博士研究 生 * 国家 ” 8 6 3 “ 高科技资助项 目 (N 0 . 7 15 00 80 0 5 0 ) 2 实验结果 .2 1 渗层 组织分析 图 1 为 20 钢基材上形成 的渗层的扫描 电镜 ( S EM) 微观组织照 片 , 图 2 为渗层 X 射线衍射结 果 . 结果 表明 : 在 20 钢基材上可 以形成镍基表 面 合金 渗层 . 双层辉光离子渗镍基合金渗层均 匀 、 连续 、 致密 , 没有 空洞 存 在 . 渗层 的相组成 为城基体+) 少量析 出相 , 析 出相为林相十从C .2 2 工艺参数对渗层 表面合金元素和渗层厚度 的影响 ( l) 源极电压对渗层表面合金元素和 渗层厚 度的影响 . 从 图 3 和 图 4 可 以看 出 , 随着源 极 电 压的升高 , 渗层表面合金元素总量 和渗层厚度 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 06. 011

·624· 北京科技大学学报 2002年第6期 85 84 83 82 81 900 950 1000 1050 VNV 图3源极电压与渗层合金元素总量的关系 图1渗层的微观组织SEM照片 Fig.3 Source voltage effect on the total content of Ni,Cr, Fig.1 Microstructure of the surface alloying layer Mo and Cu 120 28 80 26 且 24 40 22 20 18 20 40 60 80100 900 950 1000 1050 28/(e) VIV 图2渗层X射线衍射结果 图4源极电压与渗层厚度的关系 Fig.2 XRD spectra of surface alloying layers Fig.4 Source voltage effeet on the layer depth 逐渐增加.由于离子轰击的能量与放电电压有 形 关，源极电压升高，源极位降增大，处于源极位 降区的边缘的Ar离子向源极表面运动过程中， 40 获得的能量越大.而且，源极电流也有所增加， 源极输出的功率密度比和溅射系数增加，因而 20 源极表面提供的活性金属粒子增加，有利于工 件表面形成高的浓度梯度和渗层厚度.另外，从 0 源极电压对渗层表面各个合金元素含量的影响 900 9501000 1050 来看，随着源极电压升高，溅射系数较大的Ni, V/V Cr,Cu三种合金元素在渗层表面的浓度变化不 图5源极电压与渗层表面各合金元素含量的关系 大，但对溅射系数较低的Mo在渗层表面的浓 Fig.5 Source voltage effect on the alloy element contents 度有一定的增加（见图5）.由于Hastelloy C-2000 表面含量的变化又有不同，Ni,Cr,Cu三种合金 合金中，Mo元素的含量较高，溅射系数又明显 元素略有下降，而Mo元素含量有一定增加. 小于Ni,Cr,Cu三种元素，因此提高源极电压，对 在不等电位空心阴极离子渗金属中，工件 提高表面合金浓度和厚度，以及得到类似 电压起到诱导电流放大的作用，能增强A对表 C-2000合金成分的表面合金渗层有利. 面轰击，加热和增加工件表面缺陷以有利于合 金元素在表面的扩散.但是工件电压的升高不 (2)工件电压对渗层表面合金元素和厚度的 利于渗层表面保持较高的合金含量和厚度.这 影响.工件电压对渗层表面合金元素总量、渗层 是因为工件电压使工件表面也存在一定的溅 厚度和各个元素的影响如图6~8所示.结果表 射，可将从源极表面溅射沉积到工件表面的合 明：随着工件电压的逐渐升高，渗层表面的合金 金元素再次戏射回源极表面和等离子区.同时 浓度和厚度逐渐下降.而各个合金元素在渗层 工件电压的升高还能造成渗层表面成分离析现

一 6 2 4 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 02 年 第 6 期 4 气J Z 0ēXR 求、 。九, 七惫芝曰 +泌ō z 淤 图 1 渗层 的微观组织 S E M 照片 F i g . 1 M ic or s t r u e t u r e o f t h e s u r af e e a l l o y i n g 肠 y e r 12 0 厂一 — 一 —一 一 - — 一 — 一门 81 卜 才 , } 1 1 9 00 9 5 0 1 0 0 0 1 0 5 0 V /V 图 3 源极 电压 与渗层合 金元素 总 t 的关 系 F i g . 3 S o u cr e v ol at ge e月陇e t o n ht e t o t a l c o n et n t o f N i , C’r M o a n d C u 0 2 6 呀月 2 ù, 日沈 2 、弋 2 0 1 8 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 2 0/ ( o ) 图 2 渗 层 X 射线衍 射结 果 F ig · 2 X R D s P e e t r a o f s u afr e e a l fo y i o g l a y e r s 9 0 0 95 0 1 00 0 1 0 5 0 F IV 图 4 源极 电压 与渗层 厚度 的关 系 F ig · 4 S o u cr e vo alt ge e月兔e t o n t h e l a拌 r d e P t h 42 00 飞次, 芝叭。沁 。ó叭 公汪乏 逐渐增加 . 由于离子轰击 的能量与放 电电压有 关 , 源 极 电压升 高 , 源极位 降增 大 , 处于源极位 降 区的 边缘的 户J 离子 向源极表 面运动过程 中 , 获得 的能量越 大 . 而且 , 源极 电流也有所增 加 , 源 极输 出的 功率密度 比和 溅射 系数增加 , 因 而 源 极表 面提供 的活性金属粒子增加 , 有利于工 件表面形成高的浓 度梯度 和渗层厚度 . 另外 , 从 源 极 电压对渗层表 面各个合金元素含量 的影 响 来看 , 随着 源极 电压升高 , 溅射 系数较 大的 N i, C,r C u 三种合金元素在渗层 表面的浓度变化不 大 , 但对溅射系数较低 的 M o 在渗层表 面的浓 度有一定 的增加 (见 图 5 ) . 由于 H a st e ll叮 e 佗 0 0 0 合金 中 , M o 元 素的含量较高 , 溅射系数又 明显 小于 N i, C,r C u 三种元 素 , 因此提高源极 电压 , 对 提 高 表 面 合 金 浓 度 和 厚 度 , 以 及 得 到 类 似 C一 0 0 0 合金成分 的表 面合 金渗层有利 . . . 一 一」 . _ 二 口- - ~ — 一 一 . 一 N i 一 . 一 C r 一` 一 M O 一 一 , 一 C u 卜 一一 州 一一一一一一 - 一一 一汤 卜 ) ’ { (2 )工件 电压对渗层 表面合金元素和厚度 的 影 响 . 工件 电压对渗层表面合金元素总量 、 渗层 厚度 和各个元 素的影响如 图 6一 8 所示 . 结果表 明 : 随着工件 电压 的逐渐升高 , 渗层表面的合金 浓度 和厚度逐 渐下降 . 而各个 合金元素在渗层 9 0 0 9 50 1 0 00 1 0 5 0 犷ZV 图 5 源极 电压与 渗层 表面各 合金 元素含 t 的 关 系 F ig · 5 S o u cr e v o lt a g e e fe e t o n t h e a lo y e le m e n t c o n t e n t s 表 面含 量的变化又有不 同 , iN , C r, C u 三 种合 金 元 素略有下降 , 而 M O 元素含量 有一定增加 . 在不 等电位空 心 阴极离子渗 金属 中 , 工 件 电压起 到诱导 电流放大 的作用 , 能增 强 A r 」 对 表 面轰击 , 加热 和增加 工件表面缺陷 以有利 于合 金元 素在表面 的扩散 . 但是工件 电压 的升 高不 利 于渗层 表面保持较高 的合金 含量和 厚度 . 这 是 因为工 件 电压 使 工件 表面 也存 在一定 的溅 射 , 可 将从源极表 面溅射沉积到工件表 面的合 金元素再次溅射 回 源极表 面和 等离子 区 . 同时 工件 电压 的升高还能造成渗层表面成分离析现

Vol.24 徐江等：双层辉光离子渗NiCr-MoCu合金的工艺 625 88 100 90 8 861 炉 80 84 ++ 82 80L 50 250 300 350 14 16 182022 2426 VIV d/mm 图6工件电压与合金元素总含量的关系 图9极间距与渗层表面合金总量的关系 Fig.6 Cathode voltage effect on the total content of Ni, Fig.9 Effect of the distance of poles on the total content of Cr,Mo and Cu Ni,Cr,Mo and Cu 26 28 24 24 22 20 20 18 16 250 300 350 15 20 25 VIV d/mm 图7工件电压与渗层厚度的关系 图10极间距与渗层厚度的关系 Fig.7 Cathode voltage effect on the layer depth Fig 10 Effect of the distance of poles on the layer depth 60 向内扩散以及反溅射回源极和等离子区；当极 间距较远，溅射作用较弱，沉积到工件表面的合 -■-Ni 40 金元素的向内扩散减慢.因而，随着极间距的增 --Cu 加，渗层表面合金元素的总量基本不变.源极与 20F 工件的距离减少，不等电位空心阴极效应愈强， 源极和工件电流同时增大，溅射也愈强，有利于 0 形成较厚的渗层.相反，当源极与工件间距增加 250 300 350 时，渗层的厚度减少. V/V (4)气压对渗层表面合金元素的总量和渗层 图8工件电压与渗层表面合金元素含量的关系 厚度的影响.图11和图12分别为气压对渗层 Fig.8 Cathode voltage effect on the alloy element contents 表面合金总含量和渗层厚度的影响.从图中可 象，表现为溅射系数较高的合金元素Ni,Cr,Cu) 以看出，随着气压从30Pa增加到35Pa,渗层表 在渗层表面含量下降，溅射系数较低的合金元 面合金总含量和渗层厚度略有增加，在气压达 素(Mo)在表面含量增加.因而，确保工件在渗金 到35Pa后，渗层表面合金总含量和渗层厚度逐 属过程中有较高温度的情祝下，应尽量降低工 渐下降. 件电压. 气压对渗金属的影响主要体现在两个方 (3)极间距对渗层表面合金元素总量和厚度 面：在较低气压时，A对源极和工件表面的溅 的影响.从图9及图10可以得知，随着极间距 射轰击作用较强，虽然源极所提供的活性合金 的增加，渗层表面合金元素总量变化不大，但是 原子浓度较高，但是沉积到工件表面合金再次 渗层的厚度有明显降低.对于渗层表面合金总 被反溅射的可能性也增加.另一方面，较高气压 量来说，极间距的影响较为复杂.当极间距较 虽然能够增加溅射离子流的密度，但是背散射 近，离子溅射轰击作用较强，使得合金元素易于 效应作用加强，从源极表面溅射出来的合金原

VO 2L 4 徐 江等 : 双 层辉光 离子渗 N i曰 C r ` M o 一 C u 合金 的工 艺 一 6 2 5 . R 兄 产- - 一一 - 一一 - 一一一一一~ 一 10 0 厂一一 一一一 一一一一一 一一一 一一 0 nU0 八,R 了 诵趁十浊己 6 盏鑫芝。 +十奋小。ó ó 只0U ù 46 , 了 穿 求、 。 十七惫逻 u 全 z 专 8 0 L一一」一一一一一一一一一一 一— - -」- 一一 一 一 一一一一一二〔 二当 25 0 3 0 0 3 5 0 V I V 图 6 工件 电压与合 金元素 总含 , 的关 系 F馆 . ` C a ht o d e v o lt a g e e幻笼c t o n ht e ot t a l e 0 O t e n t o f N i , C 瞬 M o a n d C u 5 0 ` 一一一一一一匕 - 一一一一一上一一 - 一一一匕一一一一一二一一一一 二一一一一一习 14 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 d / r n l n 图 9 极 间距与渗 层表 面合金 总 t 的 关 系 iF g · 9 E fe e t o f th e d is t a n c e o f P o le s o n t h e t o t a l c o n t e n t o f N i , C r, M o a n d C u 山,0 氏乙勺` 日 2 4 、叱日沈 、叱二 3 0 0 V I V 图 7 工件 电压与渗层 厚度 的关 系 F ig . 7 C a t h o d e v o lt a ge e fe e t o n t h e l a y e r d e p th 6 0 厂一一 一 - ~ 一一 ` 一 . 一 - 一一一 18 卜 \ } 15 2 0 2 5 d Z r n r Q 图 10 极间距 与渗层 厚度 的关 系 F i g 1 0 E fe e t o f t h e d is t a n e e o f P o le s o n ht e 】a y e r d e Pt h 一 - 一 N i 一 . 一 C r 一 ▲一 M O 一 甲一 C U 3 0 0 V / V 图 8 工件 电压 与渗层 表面 合金元素 含 t 的关 系 F ig . 8 C a t h o d e v o l t a ge e fe e t o n ht e a l oy el m e n t c o n t e n t s 象 , 表现为溅射系数较高的 合金元素困i, C r, C u) 在渗层表 面含量下降 , 溅射 系数较低 的合金元 素 (M o) 在表面含量增加 . 因而 , 确保工件在渗金 属过程 中有较高温度 的情况下 , 应尽 量降低 工 件 电压 . ( 3) 极 间距对渗层表面合金元素总量和 厚度 的影 响 . 从 图 9 及 图 10 可 以 得知 , 随着极 间距 的增加 , 渗层表面合金元素总量变化不大 , 但是 渗层 的厚度有 明显 降低 . 对于渗层 表面 合金总 量来说 , 极间距的影响较 为复杂 . 当极间距较 近 , 离子溅射轰击作用 较强 , 使得合金元素易于 向内扩散 以及反溅射 回源极 和 等离子 区 ; 当极 间距较远 , 溅射作用较弱 , 沉积到工件表面的合 金元素 的向内扩散减 慢 . 因而 , 随着极 间距 的增 加 , 渗层表 面合金元 素的总 量基本不 变 . 源极与 工件 的距离减少 , 不等 电位空心 阴极效应愈强 , 源极和 工件电流 同时增 大 , 溅射也愈强 , 有利于 形成 较厚 的渗层 . 相反 , 当源极 与工件 间距增加 时 , 渗层的厚度减少 . (4 )气压对渗层表面合金元素的总量和渗层 厚度 的 影响 . 图 1 和 图 12 分别为气压对渗层 表面 合金总含量和渗层厚度的影响 . 从 图 中可 以看 出 , 随着气压从 3 0 P a 增加到 3 5 P a , 渗层表 面 合金总含量和 渗层厚度略有增加 , 在气 压达 到 35 P a 后 , 渗层表面合金 总含量和渗层厚度逐 渐下 降 . 气 压对 渗金 属 的 影 响主 要 体 现在 两个方 面 : 在较低气压时 , iA + 对源极 和 工件表面的溅 射轰击作用较强 , 虽 然源极 所提供 的 活性合金 原子浓度较高 , 但是沉积到工件表面合金再次 被反溅射的可 能性也增加 . 另一 方面 , 较高气压 虽 然能够增加溅射离子 流的密度 , 但是背散射 效应作用加强 , 从源 极表面溅 射 出来 的合金原 4 0 山, 求、 。 , 叭逻 。澎 一之叭琴

·626· 北京科技大学学报 2002年第6期 85 共渗技术可以在20钢基材表面形成高含量的 Ni-Cr-MoCu合金渗层，镍基合金渗层均匀、连 84 续、致密，没有空洞存在 83 (2)镍基合金渗层的相组成为Y(基体)十少量 8 析出相，析出相为μ相+M,C. 是81 (3)双层辉光离子NiCr-MoCu多元共渗 最佳工艺参数为源极电压1050V,工件电压为 80 0 35 40 45 250V,极间距为15mm,气压为35Pa. P/Pa 图11气压与渗层表面合金总含量的关系 参考文献 Fig.11 Pressure effect on the total content of Ni,Cr,Mo 1 Xu Z,Yuan G,Su Y A,et al.Double glow surface alloying and Cu process[A].Third Pacific Rim Interational Conference on Advanced Materials and Processing [C].Hawaii,1998. 24 1969 2徐重，王从曾，苏永安，等锯切工具离子渗金属技术 23 P].中国专利，CN871043580,1988 3高原，贺志勇，赵晋香，等机用锯条齿部表面强化组 %22 织的研究门.材料科学与工艺，1995,33)：62 4高原，贺志勇，赵晋香，等.一种新型的表面高速钢的 形成方法[).太原理工大学学报，1996,27(1)：33 5高原，贺志勇，刘小萍，等离子渗铬钼手用锯条合金 28 32 36 40 44 元素与切削性能的研究[J]兵工学报，1998,19(4)：331 P/Pa 6高原，贺志勇，刘小萍，等.离子渗铬钼手用锯条含碳 图12气压与渗层厚度的关系 量与切削性能的研究仍.材料科学与工艺，1997,5 Fig.12 Pressure effect on the layer depth (3):97 子向工件表面运动中与气体分子碰撞的几率增 7 Zhang X,Xie X S,Yang Z M,et al.Study of nickel-base 大，工件表面反溅射减弱.综合两个方面的作 corrosion resisting alloy layer obtainded by double glow plasma surface alloying technique [J].Surface and Coa- 用，气压在35Pa时，渗层表面合金总含量和渗 tings Technology,2000,131:378 层厚度达到最大 8 Zhang X,Yang Z M,Dong J X,et al.Surface metallurgy 综上所述，渗优质镍基耐蚀合金Hastelloy of nickel base superalloy [J].J Univ Sci Technol Beijing C-2000最佳工艺参数为源极电压1050V,工件 1999,6(1)47 电压为250V,极间距为15mm,气压为35Pa. 9张旭，董建新，杨忠民，等.双层辉光离子渗进行镍基 合金表面合金化的研究[).金属学报，1999,35（增刊 结论 2):505 10杨忠民，张旭，董建新，等.双层辉光离子渗Inconel625 (1I)利用双层辉光离子NiCr-Mo-Cu多元 合金的工艺特性).北京科技大学学报，1999,21(3)： 266 Double Glow Plasma Surface Alloying Technique by Ni-Cr-Mo-Cu Alloys XU Jiang"”,XIE XiShan',XU Zhong》 1)Material Science and Engineering School,UST Bejing,Bejing 100083,China 2)Research Institute of Surface Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China ABSTRACT The multi-element Ni-Cr-Mo-Cu surface alloying layer on the matrix of low carbon steel 20 was investigated by means of the double glow plasma surface alloying technique.The results show that the technical parameters have obvious effect on the total content of alloyed elements and the thickness of the all- oying layer.The optimum parameters of alloying Hastelloy C-2000 were obtained by the orthogonal test. KEY WORDS double glow;multi-element;technique

一 6 2 6 - 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 2 0 0 2 6 匕 8 0 es se - 上- 一 一一- - - - 己` 一 3 3 5 5 0 4 0 4 尸 / a P 图 气压 与渗层 表面 合金 总含量 的关 系 n F ig · 1 1 e s P r u e r e e f c t o n t h e t o t a l co n t e n t o i f N , C 乙 M o a n d C U 共 渗技术 可 以 在 20 钢基材表 面形 成高含量 的 N i曰C -r M I卜C u 合金渗层 , 镍基合金渗层均匀 、 连 续 、 致密 , 没有空 洞存在 . (2 ) 镍基合金渗层 的相组成为权基体+) 少量 析 出相 , 析 出相 为林相十从.C (3 ) 双层辉光离子 N l同C -r M o 一C u 多元 共渗 最佳工艺参数 为源极 电压 1 o 5 0 V, 工件电压为 25 0丫 极 间距 为 15 ~ , 气压为 35 aP . r J 月 4 ,内乙j, 二 八óù0OK 岁、 +七十奋户淤争声é逻。21 公 参 考 文 献 呈 叱 2 2 2 8 3 2 3 6 4 0 4 4 尸 / P a 图 12 气压 与渗层 厚度 的关 系 F i g . 1 2 P r e s s u r e e fe c t o n ht e l a y e r d e P ht 子向工件表 面运动 中与气体分子碰撞 的几率增 大 , 工件表 面反 溅射减弱 . 综合 两个 方面 的作 用 , 气压在 35 P a 时 , 渗层表 面合 金总含量和渗 层厚度达到最 大 . 综上所述 , 渗优 质镍基耐蚀合金 H a set n oy C一 0 0 最佳 工艺参数为 源极 电压 1 0 50 从 工件 电 压为 2 50 V, 极 间距为 15 ~ , 气 压为 3 5 P.a 3 结论 ( 1) 利用双层辉光离子 N i , C -r M o 〔 u 多元 1 X u Z , uY an G , S u Y A , et a l . D o ub l e g l o w s u far e e a ll o y l n g Por e e s s [ A ] . hT i r d P ac iif e 几m Iin e m a t l o n a l C o n fe er nc e o n A d v an e e d M at e r i a l s a n d Por e e s s ing [C ] . H a w a ii , 19 9 8 1 96 9 2 徐 重 , 王从曾 , 苏永安 , 等 . 锯 切工 具离 子渗金 属技术 [P l . 中国专利 , CN 8 7 l o 4 3 5 8 0 , 1 9 8 8 3 高 原 , 贺志勇 , 赵 晋香 , 等 . 机用锯 条齿 部表 面强化组 织 的研 究 1[J . 材料科 学与 工艺 , 19 95 , 3 (3 ) : 62 4 高原 , 贺志 勇 , 赵晋 香 , 等 一种新型 的表 面高速钢 的 形 成方 法 [J ] . 太原理工大学 学报 , 19 9 6 , 2 7 ( l ) : 3 3 5 高原 , 贺志 勇 , 刘小 萍 , 等 . 离子 渗铬 钥手用 锯条合金 元 素与切削性 能的研究 [J] . 兵 工学报 , 1 9 9 8 , 19 (4) : 331 6 高原 , 贺志 勇 , 刘小萍 , 等 、 离子 渗铬 铂手用锯 条含碳 量与切 削性 能的研究 [J . 材料科学 与工艺 , 19 97 , 5 ( 3 ) : 9 7 7 Z han g X , X i e X S , 、认n g Z M , et a l . S tU 办 o f n i c ke l 一 b a s e e o mr s i o n er s i s ti n g a l l o y lay e r o b at i n d e d by do u b l e g l o w P l a s m a s u r fa e e al lo y i n g et e hn iq u e (J] . S ur 俪 e an d C o -a t i n g s eT e hn o l o gy, 2 000 , 1 3 1 : 3 7 8 8 Z h a n g X , 物 n g Z M , D o n g J X , e t a l . Sur fac e m e t a l l u gr y o f n i e ke l b a s e s uP e alr l o y [ J ] . J U n i v S e i eT e h n o l B e ij i n g 199 9 , 6 ( l ) : 4 7 9 张旭 , 董建新 ,杨 忠 民 , 等 . 双层 辉光 离子渗进行镍基 合金表 面合金化 的研究 阴 . 金 属学 报 , 1 9 9 , 3 5( 增 刊 2 ) : 5 0 5 10 杨忠 民 , 张旭 , 董建新 , 等 . 双层辉 光离子渗 I cn on el 6 25 合 金 的工艺 特性 [J] . 北京科技 大学 学报 , 19 9 , 2 1 (3 ) : 2 66 D o u b l e G l o w P l a s m a S ur fac e A lloy in g eT c hn iqu e b y N i 一 C r 一 M o 一 C u A lloy s 尤U 了i a ng ’气 刀石 . 训戮弘an ,) X U hZ o心 , l ) M at e r i al S e i e cn e an d nE gi n e e r i飞 s e h o o l , U S T B ej ign , B ej i飞 10 0 0 8 3 , C h in a 2 ) eR s e acr h nI s t i t ll t e o f s ur acf e nE g i n e e r ign , 几妙 u姐 nU i v e r s ity o f eT e hn o l o gy, 几 iyU an 0 3 O0 2 4 , C h in a A B S T R A C T hT e m u lt i 一 e l e m e nt N i 一 C r 一 M o 一 C u s ur af e e a ll o y i n g lay e r o n ht e m atr i x o f l ow c a r b o n s t e e l 2 0 w a s ivn e s t i g ate d b y m e an s o f ht e d o ub l e g l o w P l a s m a s itr acf e a lloy i嗯 t e e ho iqu e . T h e r e s u lt s s h o w ht at ht e t e e hn i c a l Par am e t e r s h vae ob v i o u s e fe e t o n ht e t o t a l c o n t e n t o f a lloy e d e l e m e nt s an d ht e ht i e k n e s s o f ht e a ll - o y in g lay e .r T h e op t im um P a r a 们n e te r s o f a lloy i n g H a s t e ll o y C 一 2 0 0 0 w e re o b t a i n e d b y ht e o hrt o g o n a l te s t . K E Y W O R D S d o ub l e g l o w ; mu lt i 一 e l e m e in : te e hn iqu e